用非平衡電橋檢測(cè)內(nèi)阻【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹垦芯堪雽?dǎo)體熱敏阻值的電阻和濕度的關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)方案】電橋按檢測(cè)方法可分為平衡電橋和非平衡電橋。其實(shí)它們都可以確切地檢測(cè)阻值，但平衡電橋只能用于檢測(cè)相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)阻值，而非平衡電橋能用于檢測(cè)連續(xù)變化的內(nèi)阻值。平衡電橋惠斯登電橋（平衡電橋）的原理如圖1所示，調(diào)節(jié)R使檢流計(jì)G無(wú)電壓流過(guò)時(shí)，C、D兩點(diǎn)等電位，電橋平衡，進(jìn)而得到非平衡電橋非平衡電橋稱(chēng)作不平衡電橋或微差電橋。圖2為非平衡電橋的原理圖，B、D之間為一負(fù)載內(nèi)阻R。因?yàn)榭梢詼y(cè)量連續(xù)變化的U（1）非平衡電橋的橋路方式1）等臂電橋電橋的四個(gè)橋臂電阻相等，即R2）輸出對(duì)稱(chēng)電橋，俗稱(chēng)立式電橋這時(shí)電橋的橋臂內(nèi)阻對(duì)稱(chēng)于輸出端，即R3）電源對(duì)稱(chēng)電橋，亦稱(chēng)為臥式電橋這時(shí)從電橋的電源端看橋臂內(nèi)阻對(duì)稱(chēng)，即R4）比列電橋這時(shí)橋臂內(nèi)阻成一定的比列關(guān)系，即R為比列系數(shù)。實(shí)際上這是通常方式的非平衡電橋。相對(duì)橋臂內(nèi)阻很大時(shí)的非平衡電橋（電流輸出方式）當(dāng)負(fù)載內(nèi)阻表示。ABC移相的電壓降為UDC之差，即DCBC=0，即電橋處于平衡狀態(tài)。為了檢測(cè)的確切性，在檢測(cè)的起始點(diǎn)，電橋必須調(diào)至平衡，稱(chēng)為預(yù)調(diào)平衡。預(yù)調(diào)平衡可使輸出只與某一臂的內(nèi)阻變化有關(guān)。若R各類(lèi)電橋的輸出電流公式如下：1）等臂電橋（R較小時(shí)，即滿足RR時(shí)，里面（7）～（9）三式的分母中含R項(xiàng)可略去，公式可得以簡(jiǎn)化，這兒從略。
通常來(lái)說(shuō)，等臂電橋和輸出對(duì)稱(chēng)電橋的輸出電流比電源對(duì)稱(chēng)電橋高，因而靈敏度也高，但電源對(duì)稱(chēng)電橋的檢測(cè)范圍大，可以通過(guò)選擇R差別愈大，檢測(cè)范圍也愈大。在用非平衡電橋測(cè)內(nèi)阻時(shí)，需將被測(cè)內(nèi)阻R接入非平衡電橋，并進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡，這時(shí)電橋輸出電流為0。改變外界條件（如溫度t），則被測(cè)內(nèi)阻發(fā)生變化，這時(shí)電橋輸出電流相對(duì)橋臂內(nèi)阻可比擬時(shí)的非平衡電橋（功率輸出方式）當(dāng)負(fù)載內(nèi)阻R就是說(shuō)有輸出功率，此種電橋稱(chēng)作為功率橋。功率橋可以表示為圖3（a）。應(yīng)用有源端口網(wǎng)路定律，功率橋可以簡(jiǎn)化為圖3（b）所示電路。UBD為BD之間的開(kāi)路電流，由（5）式表示，R″是有源一端網(wǎng)路等值大道中的內(nèi)阻，其值等于該網(wǎng)路入端內(nèi)阻（10）由3（b）可知，流經(jīng)負(fù)載內(nèi)阻R，這是功率橋的平衡條件，與（5）式一致，也就是說(shuō)功率輸出方式與電流輸出方式的非平衡電橋的平衡條件是一致的。最大功率輸出時(shí)，電橋的靈敏度最高。當(dāng)電橋的負(fù)載內(nèi)阻R（12）即阻抗匹配時(shí)，電橋的輸出功率最大。此時(shí)電橋的輸出電壓由（11）式得（13）輸出電流為的內(nèi)阻有增量R時(shí)，我們可以得到三種橋路方式的電壓、電壓和功率變化。檢測(cè)時(shí)都須要預(yù)調(diào)平衡，平衡時(shí)的均為0，電壓、電壓和功率變化都是相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)講的。
最大功率輸出時(shí)，三種橋路方式的電壓、電壓和功率變化分別為：1）等臂電橋R（15）2）輸出對(duì)稱(chēng)電橋橋R（16）3）電源對(duì)稱(chēng)電橋R（17）測(cè)得I（18）可得到R，進(jìn)而求得R當(dāng)內(nèi)阻增量R較小時(shí)，即滿足R＜＜R時(shí)，里面（15）～（17）三組公式的分母含半導(dǎo)體熱敏內(nèi)阻（2.7kΩMF512.7kΩMF51型半導(dǎo)體熱敏內(nèi)阻，是由一些過(guò)渡金屬氧化物（主要用Mn、Co、Ni和Fe導(dǎo)體的特點(diǎn)。對(duì)于通常半導(dǎo)體材料，內(nèi)阻率隨氣溫變化主要依賴(lài)于自旋含量，而遷移率隨氣溫的變化相對(duì)來(lái)說(shuō)可以忽視。但上述過(guò)渡金屬氧化物則有所不同，在溫度范圍內(nèi)基本上已全部電離，即氮化物含量基本上與溫度無(wú)關(guān)，此時(shí)主要考慮遷移率與濕度的關(guān)系。隨著氣溫下降，遷移率降低，內(nèi)阻率升高，故這類(lèi)金屬氧化物半導(dǎo)體是一種具有負(fù)氣溫系數(shù)的熱敏內(nèi)阻器件，其阻值—溫度特點(diǎn)見(jiàn)表1。依據(jù)理論剖析，半導(dǎo)體熱敏內(nèi)阻的內(nèi)阻—溫度特點(diǎn)的物理表達(dá)式一般可表示為（19）其中R25為材料常數(shù)，其值因制做時(shí)不同的處理方式而異電橋法測(cè)電阻，對(duì)確定的熱敏內(nèi)阻，可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的內(nèi)阻—溫度曲線求得。我們也可以把（19）式寫(xiě)成比較簡(jiǎn)單的表達(dá)式（20）其中2982.7KΩMF51型熱敏內(nèi)阻的內(nèi)阻—溫度特點(diǎn)（供參考）氣溫（內(nèi)阻(【實(shí)驗(yàn)器材】DHQJ-3型非平衡電橋?qū)嶒?yàn)儀，橋臂內(nèi)阻調(diào)節(jié)范圍為10Ω～11.11KΩ，步進(jìn)值為lΩ。實(shí)驗(yàn)儀面板示意圖如圖4所示。1、為工作電源負(fù)端；2、為R內(nèi)阻端；9、為工作電源正端；10、為數(shù)字電流表；11～14、為R內(nèi)阻調(diào)節(jié)盤(pán)電橋法測(cè)電阻，分別為1000、100、10、1內(nèi)阻盤(pán)；